羅根源

重慶師范大學(xué)涉外商貿(mào)學(xué)院數(shù)學(xué)與計算科學(xué)學(xué)院，重慶 401520

1 云計算的產(chǎn)生

在原始模式下，我們建立一套完整IT系統(tǒng)需要購買硬件、軟件等基礎(chǔ)設(shè)施外，還需要買軟件的許可認(rèn)證，需要專業(yè)人員維護(hù)。當(dāng)IT行業(yè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大時，我們還要繼續(xù)升級換代各種軟硬件設(shè)施以滿足需要。在很多情況下，計算機(jī)軟、硬件等資源不是人們真實的需求，它是為了完成工作提高效率的輔助工具。診對個人計算機(jī)而言，最底層的是硬件，光有硬件的計算叫裸機(jī)，沒有太多的用途，我們還需要安裝一系列的軟件才能使用，目前大多數(shù)軟件需要收費(fèi)。然而很多軟件是我們不經(jīng)常用到的，購買這樣的軟件對用戶而言是很不劃算的?；诖巳藗兲岢鲞@樣一種服務(wù)，建立一個能夠提供人們需要的所有軟件租用平臺。這樣以來我們只需花費(fèi)很少的資金在軟件產(chǎn)品的購置上，人們可以共享這些軟件資源，基于此提出了云計算的思想，實際上云計算是想達(dá)到將計算、服務(wù)和應(yīng)用作為一種普通公共設(shè)施提供給人們，使人們能夠共享資源，比如，像人們使用生活資源水、電、氣一樣。

2 云計算的概念

云計算（Cloud Computing）是由分布式計算（Distributed Computing）、網(wǎng)格計算（Grid Computing ）、并行計算（Parallel Computing）等多種傳統(tǒng)計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。以互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為載體把多個成本相對偏低的計算實體組合成一個強(qiáng)大的計算能力系統(tǒng)，并借助IaaS、PaaS、SaaS、MSP[1]等先進(jìn)的商業(yè)模式把這種非常強(qiáng)大的計算能力分布到多個用戶終端手中。Cloud Computing的一個中心思想就是通過不斷提高“云”的處理能力，來減少用戶終端的處理負(fù)擔(dān)，使得用戶終端形成一個簡單的輸入輸出設(shè)備。并能按需分享“云”的強(qiáng)大計算處理能力。

3 云計算的主要技術(shù)

云計算是一種新興的超級大規(guī)模計算方式，是以數(shù)據(jù)為中心的一種數(shù)據(jù)密集型的超級計算。在多個領(lǐng)域有其獨特技術(shù)，如數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理、編程模型、虛擬化技術(shù)等，再次基礎(chǔ)上還牽涉了許多云計算的其他技術(shù)，如表1所示。主要介紹云計算特有的技術(shù)，包括數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，數(shù)據(jù)管理技術(shù)，編程模式等。

3.1 超大規(guī)模數(shù)據(jù)分布存儲技術(shù)

云計算系統(tǒng)是由云端大量的服務(wù)器組成，用戶使用云端的資源為大量用戶服務(wù)，因此在云計算系統(tǒng)中采用分布式存儲的方式存儲數(shù)據(jù)，用冗余存儲的方式保證數(shù)據(jù)的可靠性。在云計算系統(tǒng)中廣較為泛使用的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)是由Google公司的GFS和Hadoop開發(fā)團(tuán)隊開發(fā)的GFS的開源實現(xiàn)HDFS。

GFS文件系統(tǒng)（Google File System），是一個可擴(kuò)展的分布式文件系統(tǒng)它能對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問和應(yīng)用，用于較大型的分布式的。GFS的設(shè)計理念區(qū)別于原始的文件系統(tǒng)，主要針對大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和Google應(yīng)用特性而設(shè)計的。運(yùn)行于較為便宜的一般硬件上，具有較強(qiáng)的容錯能力，它能為用戶提供很好的服務(wù)。

GFS集群主要由一個主服務(wù)器（master）和大量的塊服務(wù)器(chunkserver)構(gòu)成[2]，而且被大量客戶所訪問。主服務(wù)器存儲文件系統(tǒng)所有的數(shù)據(jù)，包括訪問控制信息、名字空間、從文件到塊的映射以及塊的當(dāng)前位置。它能控制系統(tǒng)范圍的一系列活動，比如，孤塊的垃圾收集、塊服務(wù)器間的塊遷移、租約（lease）管理。主服務(wù)器在規(guī)定的時間定期通過HeartBeat消息與每一個塊服務(wù)器通信，將其消息傳遞結(jié)塊服務(wù)器，并傳遞指令收集它的狀態(tài)。

客戶與主服務(wù)器的交換可以對元數(shù)據(jù)操作，全部數(shù)據(jù)方面的通信都直接和塊服務(wù)器聯(lián)系，這種模式大大提高了系統(tǒng)的效率，減小主服務(wù)器的負(fù)載。

3.2 超大規(guī)模數(shù)據(jù)管理技術(shù)

云計算需要對海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分布、分析研究，因此，所有的數(shù)據(jù)管理技術(shù)必需能高效的管理超大規(guī)模的數(shù)據(jù)。云計算系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要是Google的Hadoop團(tuán)隊開發(fā)的開源數(shù)據(jù)管理模塊HBase和T（BigTable）數(shù)據(jù)管理技術(shù)[3]。

BT是基于 GFS的 Lock Service、Scheduler、MapReduce之上的一個大型的分布式數(shù)據(jù)庫，與傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫有所區(qū)別，它將所有對象作為數(shù)據(jù)來處理，形成一個巨大的數(shù)據(jù)鏈，用來分布存儲大規(guī)模結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

3.3 編程模型

MapReduce是由Google公司開發(fā)的C++、Python、java、編程模型，它是一種簡化的分布式編程模型和高效的任務(wù)調(diào)度模型，用于大規(guī)模數(shù)據(jù)集的并行運(yùn)算大于，以1TB為單位量。具有嚴(yán)格的編程模型使得在云計算環(huán)境下的編程很簡單。MapReduce模式的觀點是把將要執(zhí)行的問題分解成Reduce（化簡）[4]、Map（映射）的方式，先用Map程序?qū)?shù)據(jù)分割成不相關(guān)的區(qū)塊，分配給大量計算機(jī)處理，達(dá)到分布式運(yùn)算的效果，通過Reduce程序?qū)⒔Y(jié)果匯整輸出。

3.4 虛擬化技術(shù)

該技術(shù)可以實現(xiàn)軟硬件平臺的分離，能將單一資源劃分成多個虛擬資源的裂分模式，還包括將多個資源整組成一個虛擬資源的聚合模式。虛擬化技術(shù)根據(jù)對象可分網(wǎng)絡(luò)虛擬化、計算虛擬化、存儲虛擬化等，計算虛擬化又分為應(yīng)用級虛擬化、桌面虛擬化、系統(tǒng)級虛擬化、。

3.5 云計算平臺管理技術(shù)

云計算整體資源規(guī)模復(fù)雜體系大，是因為服務(wù)器分散在不同的地點，使用于多個不同的領(lǐng)域，要保證這些服務(wù)器正常的運(yùn)轉(zhuǎn)是該學(xué)科研究的問題。

云計算系統(tǒng)各類平臺管理技術(shù)能夠使大量的服務(wù)器協(xié)同工作，方便的進(jìn)行各類業(yè)務(wù)部署和開通，快速發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)系統(tǒng)故障，通過智能化、自動化的手段實現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的可靠運(yùn)營。

技術(shù)類型 具體技術(shù)設(shè)備架設(shè) 數(shù)據(jù)中心節(jié)能、節(jié)點互聯(lián)技術(shù)改善服務(wù)技術(shù) 可用性技術(shù)、容錯性技術(shù)資源管理技術(shù) 數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)任務(wù)管理技術(shù) 數(shù)據(jù)切分技術(shù)、任務(wù)調(diào)度技術(shù)、編程模型

表1 云計算中的技術(shù)

4 云計算的應(yīng)用領(lǐng)域

目前，英特爾、微軟、亞馬遜、谷歌、 IBM、等公司都提出了“云計劃”。他都提出一個叫了 “藍(lán)云”的計劃。從此云計算在不同領(lǐng)域的價值得到了體現(xiàn)，由其是在商業(yè)價值方面得到了極大的發(fā)展。多家國內(nèi)外學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)也都對云計算進(jìn)行全方位深層次的研究。谷歌同清華大學(xué)、華盛頓大學(xué)以及合作，啟動云計算學(xué)術(shù)合作計劃，推動了云計算的普及和發(fā)展， 加緊對云計算的研究?？▋?nèi)基梅隆大學(xué)等對數(shù)據(jù)密集型的超級計算進(jìn)行研究，本質(zhì)上也是對云計算相關(guān)技術(shù)開展研究。

IDC 的調(diào)查統(tǒng)計顯 ，在以后的5年中云計算服務(wù)的各個領(lǐng)域?qū)⒉粩嘣鲩L，估計在2012年前后市場規(guī)?？蛇_(dá)600億美元。此時云計算在企業(yè)得到了普及，并且有每年遞增的勢頭。預(yù)計在2012年，企業(yè)投入在云計算服務(wù)領(lǐng)域的支出將占整體 IT 成本30%，甚至在2013年提高至 IT 總支出的50%?；诖?，云計算在國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的推動下得到不斷的發(fā)展[5]。

云計算有著非常廣闊的應(yīng)用前景。如表2所示。云計算在科研、醫(yī)學(xué)、天文學(xué)、網(wǎng)絡(luò)安全、圖形圖像、安全等各個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

表2 云計算的應(yīng)用領(lǐng)域

5 云計算存在的問題

盡管使用云計算服務(wù)有非常多的好處，但作為一項新興技術(shù)，云計算仍然存在著諸多的問題，使人們對其仍然抱有懷疑和觀望的態(tài)度，如何解決安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、網(wǎng)絡(luò)、兼容性是云計算面臨的重要問題。其中安全是首要問題，云計算意味著企業(yè)將把類似客戶信息這類具有很高商業(yè)價值的數(shù)據(jù)存放到云計算服務(wù)提供商的手中，信息的安全性和私密性是用戶最為關(guān)心的事情。根據(jù)IDC的調(diào)查結(jié)果，將近75%的受訪企業(yè)認(rèn)為安全是云計算發(fā)展路途上的最大挑戰(zhàn)。

6 云計算的展望

云計算目前在多學(xué)科得到了極大的發(fā)展，隨之而來物聯(lián)網(wǎng)也不斷的在科學(xué)界引起重視，如何將云計算和物聯(lián)網(wǎng)有機(jī)的結(jié)合起來形成龐大的商業(yè)體系，將是學(xué)術(shù)界在未來多年研究的課題，云計算到低能不能執(zhí)掌起物聯(lián)網(wǎng)，就目前還顯得幼小，云如何很更好的成為物聯(lián)網(wǎng)的后端是研究的一個方先。

[1]維基百科.Cloud Compting [EB/OL].[2009-03-10].http://en.wikipedia org/wiki/cloud-compting.

[2]中國云計算網(wǎng).什么是云計?[EB/OL].[2008-05-14].http://www.coloudcomputing-chia cn.

[3]劉鵬.云計算實踐之道：戰(zhàn)略藍(lán)圖與技術(shù)架構(gòu)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[4]楊正洪，鄭齊心，吳寒.企業(yè)云計算架構(gòu)與實施指南[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[5]雷萬云.云計算企業(yè)信息化建設(shè)策略與實踐[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.